EMPILHAMENTO A SECO PARA REJEITOS DE PROCESSOS MINERAIS (DRY STACKING)

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1 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015 EMPILHAMENTO A SECO PARA REJEITOS DE PROCESSOS MINERAIS (DRY STACKING) TESSAROTTO, C. 1 1 Exceltech Engenharia Ltda, celso.exceltech@gmail.com RESUMO A utilização de barragens tem sido até hoje o método mais utilizado para a disposição de rejeitos de processos minerais. No passado, a utilização de barragens era de maneira geral, a opção mais econômica para a disposição de rejeitos, devido à maior disponibilidade e menor custo de áreas para tal finalidade. Entretanto, devido às diversas ocorrências de sérios acidentes ambientais em muitos países, por conta de rompimento de barragens, os órgãos ambientais dos governos de muitos países incluindo o Brasil, têm promovido um aumento significativo das restrições ambientais para aprovação de alteamento de barragens existentes ou de construção de novas barragens. Adicionalmente, os custos para a aprovação e construção de novas barragens têm aumentado de maneira exponencial. Outro importante motivo é a necessidade de recirculação/reaproveitamento de água de processo (em algumas operações pode chegar a +95%). Mediante novas técnicas para o desaguamento de rejeitos de processos minerais, o sistema de disposição de rejeitos por meio de dry stacking (empilhamento a seco), tem se mostrado bastante atraente, quando comparado com barragens convencionais. Este artigo visa mostrar os principais métodos de desaguamento de rejeitos de processos minerais, bem como uma sugestão para as principais etapas de um estudo de engenharia, para a definição da melhor opção para a disposição de rejeitos. PALAVRAS-CHAVE: barragens; empilhamento a seco; pasta; filtração; projeto; reaproveitamento/recirculação de água. ABSTRACT Tailing dams have been used extensively for mineral tailings disposition. In the past, tailing dams used to be, in general, the most economical "disposal option", due to higher availability and lower cost of areas for this purpose. However, due to serious environmental disasters in several countries due to dam failures, environmental agencies of many countries, including Brazil, have promoted a significant increase in environmental restrictions for the approval of increasing height on existing dams as well as approval for building new ones. Additionally, the costs for approving and construction of new tailing dams have been increasing exponentially. Another import reason is the demand for water recycling/reuse (in some operations +95%). Means of a new technology for the dewatering of mineral tailings, the dry solid deposition called Dry Stacking, has been very attractive when compared to conventional dams. This article intends to show the main dewatering methods of mineral tailing for dry disposition, as well as a suggestion for the main stages of an engineering study, in order to define the best option for mineral tailing disposal. KEYWORDS: tailing dams; dry stacking; paste; filtration; project; water recycling.

2 Tessarotto, C. 1. INTRODUÇÃO A utilização de barragens tem sido até hoje o método mais utilizado para a disposição de rejeitos de processos minerais. No passado, a utilização de barragens era de maneira geral, a opção mais econômica para a disposição de rejeitos, devido à maior disponibilidade e menor custo de áreas para tal finalidade. Entretanto, devido às diversas ocorrências de sérios acidentes ambientais em muitos países, por conta de rompimento de barragens, os órgãos ambientais dos governos de muitos países incluindo o Brasil, têm promovido um aumento significativo das restrições ambientais para aprovação de alteamento de barragens existentes ou de construção de novas barragens. Dentro deste cenário, os custos para a aprovação e construção de novas barragens têm aumentado de maneira exponencial, devido a: Maiores exigências técnicas para aumentar a segurança das barragens, bem como, minimização ou eliminação de percolação de água/licores poluentes no lençol freático; Geração de sofisticada documentação técnica para apresentação aos órgãos ambientais, para licenciamento e operação; Expressivo aumento do tempo e grandes empecilhos para eventual aprovação de barragens; Aumento significativo dos custos de áreas para a contenção de rejeitos; Aumento significativo das pressões de comunidades vizinhas às barragens durante as seções públicas para aprovação de novos empreendimentos; Expressiva perda de água por evaporação/percolação. Na contramão deste cenário, as empresas de tecnologia especializadas em desaguamento de rejeitos, principalmente desaguamento de rejeitos mais finos e ultrafinos (lamas - 70 a 90 % abaixo de 20 m), têm desenvolvido soluções de equipamentos e sistemas cada vez mais tecnicamente confiáveis e economicamente viáveis, que tendem a competir de maneira mais eficiente quando comparados aos custos cada vez mais elevados para as barragens. Dentro destes desenvolvimentos tecnológicos, o mercado dispõe atualmente das seguintes tecnologias: Espessadores de alta densidade ou de geração de pasta; Filtração a vácuo para rejeitos mais grossos; Filtração sob pressão para rejeitos mais finos (lamas/ultrafinos); Desenvolvimento de floculantes poderosos capazes de oferecer importante desaguamento dos rejeitos; Centrifugação. É importante comentar que a escolha do floculante precisa contemplar tanto a operação de espessamento como a de filtragem: um bom floculante para o espessamento não o é necessariamente também para a filtragem. Mediante tais novas tecnologias, o sistema de disposição de rejeitos por meio de dry stacking (empilhamento a seco), tem se mostrado bastante atraente, quando

3 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015 comparado com barragens convencionais. Em detrimento às características técnicas de cada solução e seus custos envolvidos, que exigem um estudo de custos comparativos de Capex e Opex, não podemos desconsiderar um fator de extrema relevância que são as exigências geotécnicas para a disposição dos rejeitos nas diversas concentrações de sólidos. Ou seja, para que possamos definir a melhor alternativa de desaguamento dos rejeitos, estudos geotécnicos desses rejeitos deverão ser inicialmente realizados, de modo a definir a concentração ideal (%sólidos) para a compactação dos mesmos e ângulo de talude do depósito de rejeitos, estudo dos índices pluviométricos, estabilidade da pilha mediante eventos sísmicos, chuvas torrenciais, nível de insolação, relevo, carência de água, etc. 2. EVOLUÇÃO DOS PROCESSOS DE DESAGUAMENTO DE POLPAS DE REJEITOS MINERAIS 2.1. Geração de pasta dos rejeitos Figura 1. Evolução tecnológica de espessadores (Figura criada pelo autor deste trabalho). A figura 1 acima ilustra o processo de evolução tecnológica de espessadores, que ocorreu em paralelo ao desenvolvimento de floculantes cada vez mais eficientes, promovendo maior claridade da água (overflow) e rejeitos adensados com alta porcentagem de sólidos (underflow). Notou-se que aumentando-se a pressão na zona de compressão, os flocos se rompem e libertam a água contida, que sobe, formando canais dentro do underflow que está na zona de compressão, fenômeno conhecido como channelling.

4 Tessarotto, C. Para tirar partido deste fato, e aumentar a porcentagem de sólidos de underflow floculado, era necessário aumentar a altura da zona de compressão e consequentemente, de todo o espessador. Só que a polpa resultante passou a ter densidade maior de polpa e viscosidade tão elevada que não pode ser movimentada num cone tão raso como o do espessador convencional. Foi então aumentado o ângulo do cone. Resultaram os espessadores conhecidos como deep cone ou paste thickener, cone profundo e espessador de pasta. Criou-se assim uma nova tecnologia de disposição de rejeitos, chamada de dry stacking ou, em português, empilhamento seco: o underflow do espessador de pasta é bombeado para uma torre dentro da barragem de rejeito. Desta torre ele é derramado construindo um cone de disposição. A pasta, que já tem pouca água, seca pela exposição ao sol e à atmosfera. No dia seguinte, via de regra, é possível transitar sobre ela com veículos. A figura 2 mostra um depósito de lama vermelha. Figura 2. Sistema típico de disposição de pasta (Fonte: MBR, 2015). Esta tecnologia foi desenvolvida pela Alcan, na busca de minimizar o problema gerado pelas lamas vermelhas das refinarias de bauxita. Ela foi licenciada e rapidamente aplicada a outras substâncias minerais. Além das evidentes vantagens de aumento da recuperação da água no espessador, água esta que é imediatamente recirculada à usina, elimina-se ou reduz-se a quantidade de água enviada à barragem de rejeitos e todo o risco ambiental associado. Entretanto, a disposição de pasta exige condições especiais de clima, regime de chuvas, possibilidade de abalos sísmicos, etc. Também, o volume do maciço necessário para barrar os rejeitos diminui consideravelmente, como ilustrado na figura 3:

5 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro Filtração dos rejeitos Figura 3. Alternativas para disposição de pasta. Em paralelo ao desenvolvimento tecnológico dos equipamentos de filtração, principalmente filtros prensa automatizados e de altíssima capacidade, e/ou pela impossibilidade técnica de disposição de pasta, e pelos altos custos das barragens convencionais, a filtração dos rejeitos, principalmente das lamas, se mostrou técnica e comercialmente viável. Rejeitos de flotação de minério de ferro podem em geral, serem facilmente desaguados em filtros de discos ou filtros horizontais a vácuo. A seguir apresentamos uma lista de vantagens técnicas e comerciais para a geração de torta desaguada para dry stacking, sendo estes em geral, rejeitos: A filtração permite a máxima recuperação de água, por gerar torta com baixa umidade residual; A torta gerada é facilmente manuseável, permitindo transporte por transportadores de correia ou caminhões; A torta gerada é facilmente empilhável, permitindo assim a utilização de galpões de estocagem e também a disposição em pilhas de ponta-de-aterro, onde o próprio tráfego dos caminhões ajuda a compactar o depósito; Todo o sistema de filtração/centrifugação é totalmente automatizado, exigindo apenas supervisão; As tortas desaguadas podem ser facilmente armazenadas em épocas de chuvas, para posterior retomada e compactação na pilha; Expressiva redução de área para descarte dos rejeitos, por propiciar a formação de pilha com ângulo de repouso superiores a 32 (a se verificar caso a caso); Dependendo das dimensões da área destinada para o descarte da torta, é possível a formação de pilhas com mais de 100 m de altura; Após compactação da torta desaguada, forma-se uma camada extremamente impermeável, impedindo a re-suspensão dos sólidos, fato que elimina a necessidade de tratamento de efluentes líquidos originados das chuvas; Mínimo impacto ambiental por eliminar bacias de disposição, que podem apresentar rompimentos e derramar material;

6 Tessarotto, C. Todo o sistema de desaguamento (filtração/centrifugação) e empilhamento é cercado por canais de contenção e piscinas pulmão para absorção de picos de chuvas; Após o fim da vida do depósito é possível cobrir a pilha com geomembrana (encapsulamento) e cobrir com material inerte e solo adequado que permita o recobrimento vegetal; Maior facilidade para obter aprovação do órgão ambiental, por conta da eliminação de barragens; Os diques de contenção podem ser formados pela própria torta gerada nos sistemas de desaguamento (filtração/centrifugação); As áreas atualmente ocupadas por barragens existentes podem ser reutilizadas, para formação da pilha da estocagem. As figuras 4a, 4b e 4c apresentam exemplos de disposição de torta desaguada em filtro prensa de resíduo da digestão de bauxita para a produção de alumina (red mud). 4a 4b Figura 4. Exemplos de dry stacking (Fonte: RMP, 2015). 4c 3. ROTAS CLÁSSICAS PARA DESAGUAMENTO E DISPOSIÇÃO DE REJEITOS MINERAIS A partir das às evoluções tecnológicas apresentadas no capítulo 2, tornou-se tecnicamente e economicamente viável a geração de pasta ou de tortas desaguadas para disposição dos rejeitos minerais. Apresentamos a seguir, rotas de processo para o desaguamento de rejeitos minerais e técnicas de disposição dos mesmos.

7 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015 SEQUÊNCIA DE DIMENSIONAMENTO - PASTA Pasta rejeito grosso Estéril ESP DE PASTA SEQUÊNCIA DE DIMENSIONAMENTO TORTA FILTRADA Lama filtrada Rejeito grosso filtrado ESPESADOR HI- DENSITY Pasta + rejeito grosso + Estéril Lama filtrada + Relave grueso + Estéril Eleição do método de deposição/ estudo das necesidades Estudos de Reología para determinar a melhor/máxima concentracão de sólidos bombeáveis Dimensionamento do melhor sistema de desaguamento Eleição do método de deposição/ estudo das necesidades Estudos de transporte da torta gerada. Dimensionamento do sistema de desaguamento Figura 5. Sequência de estudos para desaguamento e disposição de rejeitos minerais RECOMENDAÇÕES GERAIS PARA ELABORAÇÃO DE ESTUDOS DE ENGENHARIA PARA DISPOSIÇÃO DE REJEITOS MINERAIS 4.1. Projeto pré-conceitual O estudo pré-conceitual é uma fase de engenharia de extrema importância, pois nesta fase recomenda-se que todas as alternativas de desaguamento e disposição dos rejeitos sejam estudadas. Esta fase (Fel1) inicia-se com trabalhos de amostragem e qualificação dos rejeitos e emissão de Laudo Técnico dos resultados da amostragem e qualificação dos rejeitos. Com tais dados em mãos, a engenharia de processo em conjunto com empresa de geotecnia especializada deverão efetuar testes em escala de laboratório para definição da umidade ótima para disposição e compactação do(s) rejeito(s) em questão, para servir de ponto de partida para a definição de rotas de processo para o desaguamento do(s) rejeito(s). Na sequência, a engenharia de processo deverá avaliar rotas de processo viáveis mediante conhecimento dos rejeitos e retorno da Geotecnia, e gerar relatório com sugestões de rotas de processo tecnicamente viáveis a serem estudadas/testadas. A partir das rotas pré-definidas, a engenharia de processo deverá organizar a realização de ensaios em escala de laboratório e piloto caso se façam necessárias, a serem executadas pelos fabricantes, para verificação dos equipamentos de desaguamento recomendados, dimensionamento, levantamento de custo de Capex e Opex. Ao menos três fabricantes de equipamentos devem ser selecionados para a execução dos testes. O resultado final desta fase de engenharia é a emissão de relatório de consolidação dos resultados dos testes executados pelos fabricantes, incluindo balanços de massas simplificados e fluxogramas simplificados de processo de blocos e a partir dos relatórios de resultados de testes dos fabricantes e propostas com preços estimativos dos equipamentos de desaguamento de rejeitos, deve-se gerar relatório de trade-off comparativo das alternativas tecnicamente viáveis, com valores de Capex e Opex para cada alternativa. Os aspectos de custos de manutenção, operação, área necessária e dimensões dos prédios para instalação dos equipamentos devem ser qualitativamente avaliados.

8 Tessarotto, C Projeto conceitual/básico e detalhado Em base aos estudos anteriormente definidos e mediante estudo de trade-off, efetuar projeto conceitual de duas alternativas de rotas de processo. Na sequência, projeto básico e detalhado da alternativa que ofereceu melhor Capex/Opex. 5. CONCLUSÕES Conclui-se que a melhor alternativa para a disposição dos rejeitos não é nada simples e requer uma profunda avaliação geotécnica dos possíveis rejeitos gerados (polpa, pasta, torta etc), bem como processos de desaguamento envolvidos. Há também a necessidade de se avaliar a localização da planta concentradora, da lavra e do local de disposição dos rejeitos e estéreis da lavra levando-se em conta os custos de transporte, inclusive da água recuperada. Assim sendo, entendemos que não existe uma única solução, mas sim, uma variedade bastante importante de equipamentos e sistemas a serem estudados, sempre levando em conta custos de Capex e Opex e características específicas do local e exigências ambientais. Soluções combinadas de tortas desaguadas, pasta de super-finos e estéreis também tem se mostrado viáveis. 6. REFERÊNCIAS An alternative to conventional tailing management dry stack filtered tailings [homepage on the internet]. Vancouver Canadá. MP Davies, S Rice - Proceeding of Tailings and Mine Waste'01, infomine.com. Available from: INFOMINE - Filter-pressed, Dry-stack Tailings [homepage on the internet]. Vancouver Canadá [cited 2012, October]. Available from: MBR - Managing Bauxite residue [homepage on the internet]. Australia: Managing bauxite residue, 2015 [cited 2015 Mar 26]. Available from: RMP - Red Mud Project [homepage on the internet]. Atenas: Red Mud Project, 2015 [cited 2015 Mar 24]. Available from: